CN109080143A - 增材制造设备用铺料系统运行控制方法 - Google Patents

Abstract

铺料作为增材制造设备的一道工序，其紧前工序是配料，其紧后工序是打印，为了不使得铺料工序成为整个设备工作效率的节拍瓶颈，本发明所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法通过是铺料系统的有效工作区域覆盖工作台面的长度方向，而铺料系统在宽度方向上行进，从而减少了铺料系统的行进时间，同时在打印头打印的过程中对铺料系统的铺料口进行清理，避免了清理铺料系统时设备的待机时间。另一方面，通过单层铺料厚度和铺料系统下料量计算得到铺料系统的行走速度，从而使得铺料系统能够以最快的速度铺完单层结构。同时所述铺料系统的铺料口设置为可调的，即可以在一定范围内调整铺料系统的下料量，从而满足不同原料的铺料和铺料效率。

Description

增材制造设备用铺料系统运行控制方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及增材制造设备用铺料系统运行控制方法。

背景技术

增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，其中逐层铺料的质量和效率是增材制造技术的关键。目前铺料系统的运行成为了技术进一步发展的瓶颈，其出现的主要问题是铺料节拍不稳定、铺料密度均一性差，造成了生产效率不稳定，产品质量不稳定，严重影响流水线的生产，导致整个生产断线及生产成本的增加。

发明内容

本发明克服了现有技术中铺料节拍不稳定、铺料密度均一性差的问题，提供了一种增材制造设备用铺料系统运行控制方法，所述运行控制方法通过设置合理的铺料节拍，使得铺料系统的运行节拍与整个生产流水节拍一致，提升了生产效率，同时通过控制铺料系统出料口的下料区域，从而保证铺料的密度和强度。

增材制造设备用铺料系统中的原料来自于分料漏斗，所述分料漏斗中的原料是经过配置、混合均匀的待生产用料。所述铺料工序为配料工序的紧后工序。

所述增材制造设备用铺料系统运行控制方法，具体包括如下步骤：

S001，确认铺料系统复位，配料合格后，增材制造设备控制系统发出铺料复位指令，所述铺料系统在复位指令下从上一次停机位置行进至工作起始位置；

S002，检测铺料系统中的原料量，若原料量小于等于低限位，则打开分料漏斗出料口蝶阀向铺料系统中补充原料，当原料量达到高限位时，关闭分料漏斗出砂口蝶阀停止向铺料系统中加料；若铺料系统中的原料量大于低限位，则执行“S003”；

S003，确认打印头是否归位(即打印头处于初始位置)，若打印头未归位，则发出“打印头归位报警”，并停机；若打印头归位，则执行“S004”；

S004，工作箱工作台面下降至设定高度，等待铺料；

S005，增材制造设备接到工作箱工作台面下降至设定高度的信号后，发出铺料系统铺料指令，铺料系统沿设定的行走路径和行走速度进行第一pass的铺料；

S006，判断第一pass是否铺料结束，若铺料系统行进至工作末位置，则判定第一pass铺料结束，则执行“S007”；若铺料系统未行进至工作末位置，则判定第一pass铺料未结束，则继续执行“S005”；

S007，铺料系统停靠在工作末位置，并关闭铺料系统铺料口；

S008，增材制造设备在接到铺料系统达到工作末位置信号后，发出打印头工作指令，打印头开始打印第一pass；

S009，判断第一pass是否打印结束，若打印头行进至工作起始位置，则判定第一pass打印结束，执行“S010”；若打印头未行进至工作起始位置，则判定第一pass未结束，则返回“S007”；

S010，工作箱工作台面下降第一pass的高度，以执行第二pass的铺料，并发出打印头归位指令，使打印头复位到初始位置，以待执行第二pass的打印；

S011，增材制造设备接到工作箱工作台面下降到第一pass高度位置信号后，发出铺料系统铺料指令，铺料系统按设定的行走路径和行走速度进行第二pass 的铺料；

S012，判断第二pass是否铺料结束，若铺料系统行进至工作起始位置，则判定第二pass铺料结束，则执行“S013”；若铺料系统未行进至起始位置，则判定第二pass未结束，则继续执行“S011”；

S013，铺料系统停靠在工作起始位置，并关闭铺料系统铺料口；

S014，增材制造设备在接到铺料系统达到工作起始位置信号后，发出打印头工作指令，打印头开始打印第二pass；

S015，在打印头打印第二pass的过程中，铺料系统行进到清理区对铺料口进行清理，以保证铺料口畅通和平整，待下一轮铺料；

S016，判断第二pass是否打印结束，若打印头行进至工作起始位置，则判定第二pass打印结束，则执行“S017”；若打印头行未行进至工作起始位置，则判定第二pass未打印结束，则返回“S013”；

S017，判定打印层数是否达到设定的产品的切片层数，若打印层数小于切片层数，则返回“S002”；若打印层数等于切片层数，则执行“S018”；

S018，增材制造设备在接到产品打印完成信号后，发出停机指令，并同时将工作箱送出工作区域，以待下一产品的生产。

作为本发明的进一步限定，铺料系统在铺料过程中，其内部的搅拌装置同时启动，以使原来能够充满整个铺料系统，从而达到铺料系统能够均匀铺料的目的。

作为本发明的进一步限定，所述增材制造设备用铺料系统运行控制方法还可以包括判断铺料系统下料量这个步骤，也即可以在铺料结束后和打印开始前，对铺料系统中的原料量进行测量，以判断铺料系统的下料量是否符合设置值，若铺料系统的下料量超出设定下料量范围，则增材制造设备报“下料超标”故障，并停机；若铺料系统的下料量符合设定下料量范围，则执行打印步骤。

作为本发明的进一步限定，为使分料漏斗中的原料能够顺畅无碍的从出料口蝶阀落下，所述分料漏斗中还设有振动装置，如振动电机，在分料漏斗向铺料系统中加入原料的过程中，振动装置同步开始工作，以实现落料顺畅。

作为本发明的进一步限定，所述铺料系统的行走路径为沿工作箱工作台面的短边行进，从而实现最大面积情况下的最短行进距离。

作为本发明的进一步限定，所述铺料系统的行走速度根据单层铺料厚度及铺料系统铺料口下料量来决定，或者说铺料系统的行走速度和下料量决定了单层铺料的厚度。

作为本发明的进一步限定，当铺料系统停靠在工作末位置时，铺料系统中的搅拌装置可以停止工作。

作为本发明的进一步限定，所述第一pass的行走路径与第二pass的行走路径的路线相同，但方向正好相反，也即第一pass与第二pass为铺料系统沿工作箱工作台面的往复运行。

作为本发明的进一步限定，所述铺料系统的铺料口与工作箱工作台面等宽，从而实现每一pass能够覆盖整个工作台面，实现单次铺料即可完成单层的铺料。

作为本发明的进一步限定，打印头的有效工作区域可以与工作台面等宽或一半工作台面或三分之一工作台面，当打印头的有效工作区域为等工作台面款时，则打印头单次打印即可完成单层的打印；当打印头的有效工作区域为一半工作台面时，则打印头往复一个来回的打印可完成单层的打印；当打印头的有效工作区域为三分之一工作台面时，则打印头需要行进三次方可完成单层的打印。也即打印头的有效工作区域觉得了打印的效率，打印头的有效工作区域越大，则打印效率越高。

铺料系统作为增材制造设备的一道工序，其紧前工序是配料工序，其紧后工序是打印工序，为了不使得铺料工序成为整个设备工作效率的节拍瓶颈，本发明所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法通过是铺料系统的有效工作区域覆盖工作台面的长度方向，而铺料系统在宽度方向上行进，从而减少了铺料系统的行进时间，同时在打印头打印的过程中对铺料系统的铺料口进行清理，避免了清理铺料系统时设备的待机时间。另一方面，通过单层铺料厚度和铺料系统下料量计算得到铺料系统的行走速度，从而使得铺料系统能够以最快的速度铺完单层结构。同时所述铺料系统的铺料口设置为可调的，即可以在一定范围内调整铺料系统的下料量，从而满足不同原料的铺料和铺料效率。

附图说明

图1是本发明一实施例的逻辑流程图。

图2是本发明一实施例的硬件框图。

图3是采用本发明实施例生产的产品结构示意图。

图中，1-新料加料漏斗；2-旧料加料漏斗；3-混料罐；3A-搅拌电机；3B-搅拌叶片；4-辅助液料配置系统；5-分料漏斗；5A-分料漏斗出料口一；5B-分料漏斗出料口二；6-铺料系统一；7-铺料系统二；8-新料料罐；9-旧料料罐。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，将以以下实施例进行进一步的详细说明，以下实施例仅为本发明技术方案的最优选择，本领域技术人员在不付出创造性劳动和现有技术的结合的情况下的合理推理得到的技术方案，均属于本发明所保护的范围。

本实施例基于的增材制造设备一箱10件的小型工艺花瓶的打印，所述小型工艺花瓶高450mm，则工作箱的深度应至少为500mm，则需要的原料量为 240kg，每层的厚度设定为0.4mm，打印头的有效工作区域为一半工作箱工作台面，则单层的铺料需要的原料量为其具体铺料工序的工作过程如下：

S101，设备开机，并开始原料的配置，此时设备给出复位信号，铺料系统和打印头按照复位指令行进到工作起始位置；

S102，检测铺料系统中的原料量，若原料量小于等于低限位，则打开分料漏斗出料口蝶阀向铺料系统中补充原料，当原料量达到高限位时，关闭分料漏斗出砂口蝶阀停止向铺料系统中加料；若铺料系统中的原料量大于低限位，则执行“S103”；

S103，确认打印头是否归位，若打印头未处于工作起始位置，则发出“打印头归位报警”，并停机；若打印头处于工作起始位置，则执行“S104”；

S104，工作箱工作台面下降至-500mm处，等待铺料；

S105，增材制造设备接到工作箱工作台面下降至-500mm的信号后，发出铺料系统铺料指令，铺料系统中的搅拌装置启动，开始搅拌铺料系统中的原料；

S106，铺料系统沿工作箱工作台面的短边从工作起始位置向工作末位置行进，其行走速度为220mm/s(即铺第一pass)；

S107，判断第一pass是否铺料结束，若铺料系统行进至工作末位置，则判定第一pass铺料结束，则执行“S108”；若铺料系统未行进至工作末位置，则判定第一pass未结束，则继续执行“S105”；

S108，铺料系统中搅拌装置停止搅拌；

S109，铺料系统停靠在工作末位置，并关闭铺料系统铺料口；

S110，检测铺料系统中的下料量是否在0.192kg±0.05kg的范围内，若实际下料量在0.192kg±0.05kg的范围内，则执行“S111”，若实际下料量超出0.192kg ±0.05kg的范围，则发出“下料量超标”警示，并停机；

S111，增材制造设备在接到下料量符合的信号后，发出打印头工作指令，打印头开始打印第一pass，打印头的行走路径是：打印头从工作台面一边的工作起始位置行进至工作末位置，在工作末位置平移至工作台面的另一边，再从工作末位置行进至工作起始位置的工作台面的另一边；

S112，判断第一pass是否打印结束，若打印头回到至工作起始位置，则判定第一pass打印结束，执行“S113”；若打印头未回到工作起始位置，则判定第一pass未结束，则返回“S108”；

S113，工作箱工作台面下降第一pass的0.4mm高度，同时打印头回归初始位置；

S114，铺料系统的搅拌装置开始搅拌；

S115，增材制造设备接到工作箱工作台面下降到第一pass的-499.6mm高度位置信号后，发出铺料系统铺料指令，铺料系统从工作末位置开始向工作起始位置行进，其行进速度为220mm/s(即铺第二pass)；

S116，判断第二pass是否铺料结束，若铺料系统行进至工作起始位置，则判定第二pass铺料结束，则执行“S117”；若铺料系统未行进至工作起始位置，则判定第二pass未结束，则继续执行“S114”；

S117，铺料系统的搅拌装置停止搅拌；

S118，铺料系统停靠在工作起始位置，并关闭铺料系统铺料口；

S119，增材制造设备在接到铺料系统达到工作起始位置信号后，发出打印头工作指令，打印头开始打印第二pass，其行走路径是：打印头从工作台面一边的工作起始位置行进至工作末位置，在工作末位置平移至工作台面的另一边，再从工作末位置行进至工作起始位置的工作台面的另一边；

S120，在打印头打印第二pass的过程中，铺料系统行进到清理区对铺料口进行清理，以保证铺料口畅通和平整，待下一轮铺料；

S121，判断第二pass是否打印结束，若打印头回到工作起始位置，则判定第二pass打印结束，则执行“S122”；若打印头未回到工作起始位置，则判定第二pass未打印结束，则返回“S117”；

S122，检测铺料系统中的下料量是否在0.192kg±0.05kg的范围内，若实际下料量在0.192kg±0.05kg的范围内，则执行“S123”，若实际下料量超出0.192kg ±0.05kg的范围，则发出“下料量超标”警示，并停机；

S123，判定打印层数是否达到设定的产品切片层数1250层，若打印层数小于1250层，则返回执行“S102”；若打印层数等于切片层数1250层，则执行“S124”；

S124，增材制造设备在接到产品打印完成信号后，发出停机指令，并同时将工作箱送出工作区域，以待下一产品的生产。

当增材制造设备设有多个铺料系统时，多个铺料系统可以连体行进，也即在硬件上将多个铺料系统连接为一体，使多个铺料系统成为一个整体，一次性执行上述操作；各个铺料系统也可以单独行进，各自执行上述操作，完成对不同工作箱的铺料。

当打印头的有效工作区域为三分之一工作箱工作台面时，S111、S112、S119 和S121则变为如下：

S111，增材制造设备在接到下料量符合的信号后，发出打印头工作指令，打印头开始打印第一pass，打印头的行走路径是：打印头从工作台面一边的工作起始位置行进至工作末位置，在工作末位置处向工作台面的另一边平移三分之一工作台面宽度的距离(即打印头位于工作台面中间三分之一位置上)，从工作末位置行进至工作起始位置，在工作起始位置处再向工作台面的另一边平移三分之一工作台面宽度的距离(即平移至工作台面的另一边，打印头位于工作台面另一边三分之一位置上)，从工作起始位置行进至工作末位置。

S112，判断第一pass是否打印结束，若打印头位于工作末位置，则判定第一pass打印结束，执行“S113”；若打印头未处于工作末位置，则判定第一pass 未结束，则返回“S108”。

S119，增材制造设备在接到下料量符合的信号后，发出打印头工作指令，打印头开始打印第二pass，打印头的行走路径是：打印头从工作台面一边的工作起始位置行进至工作末位置，在工作末位置处向工作台面的另一边平移三分之一工作台面宽度的距离(即打印头位于工作台面中间三分之一位置上)，从工作末位置行进至工作起始位置，在工作起始位置处再向工作台面的另一边平移三分之一工作台面宽度的距离(即平移至工作台面的另一边，打印头位于工作台面另一边三分之一位置上)，从工作起始位置行进至工作末位置，最后打印头回到。

S121，判断第二pass是否打印结束，若打印头位于工作末位置，则判定第二pass打印结束，执行“S122”；若打印头未处于工作末位置，则判定第二pass 未结束，则返回“S117”。

Claims (8)

1.一种增材制造设备用铺料系统运行控制方法，其特征在于，所述铺料系统运行控制方法通过如下流程实现：

S001，确认铺料系统复位：配料合格后，增材制造设备控制系统发出铺料复位指令，所述铺料系统在复位指令下从上一次停机位置行进至工作起始位置；

S002，检测铺料系统中的原料量：若原料量小于等于低限位，则打开分料漏斗出料口蝶阀向铺料系统中补充原料，当原料量达到高限位时，关闭分料漏斗出砂口蝶阀停止向铺料系统中加料；若铺料系统中的原料量大于低限位，则执行“S003”；

S003，确认打印头是否归位：若打印头未归位，则发出“打印头归位”警示，并停机；若打印头归位，则执行“S004”；

S004，工作箱工作台面下降至设定高度；

S005，发出铺料指令，铺料系统沿设定的行走路径和行走速度进行第一pass的铺料；

S006，判断第一pass铺料是否结束：若铺料系统行进至工作末位置，则判定第一pass铺料结束，则执行“S007”；若铺料系统未行进至工作末位置，则判定第一pass铺料未结束，则继续执行“S005”；

S007，铺料系统停靠在工作末位置，并关闭铺料系统铺料口；

S008，发出打印头工作指令，打印头开始打印第一pass；

S009，判断第一pass是否打印结束，若打印头行进至工作起始位置，则判定第一pass打印结束，执行“S010”；若打印头未行进至工作起始位置，则判定第一pass打印未结束，则返回“S007”；

S010，工作箱工作台面下降第一pass的高度，并使打印头归位；

S011，增材制造设备接到工作箱工作台面下降到第一pass高度位置信号后，发出铺料系统铺料指令，铺料系统按设定的行走路径和行走速度进行第二pass的铺料；

S012，判断第二pass是否铺料结束，若铺料系统行进至工作起始位置，则判定第二pass铺料结束，则执行“S013”；若铺料系统未行进至起始位置，则判定第二pass铺料未结束，则继续执行“S011”；

S013，铺料系统停靠在工作起始位置，并关闭铺料系统铺料口；

S014，发出打印头工作指令，打印头开始打印第二pass；

S015，在打印头打印第二pass的过程中，铺料系统行进到清理区对铺料口进行清理；

S016，判断第二pass是否打印结束，若打印头行进至工作起始位置，则判定第二pass打印结束，则执行“S017”；若打印头行未行进至工作起始位置，则判定第二pass未打印结束，则返回“S013”；

S017，判定打印层数是否达到设定的产品的切片层数，若打印层数小于切片层数，则返回“S002”；若打印层数等于切片层数，则执行“S018”；

S018，增材制造设备在接到产品打印完成信号后，发出停机指令，并同时将工作箱送出工作区域，以待下一产品的生产。

2.如权利要求1所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法，其特征在于，铺料系统铺料过程中其内部的搅拌装置同时启动，对原料进行搅拌，以使铺料系统铺料口实现均匀落料；当铺料系统行进至工作起始位置和工作末位置时，搅拌装置停止工作。

3.如权利要求1所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法，其特征在于，在每一pass铺料结束后和打印开始前，还可以插入铺料系统下料量检测工序。

4.如权利要求2或3所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法，其特征在于，所述铺料系统的行走路径为沿工作箱工作台面的短边行进。

5.如权利要求2或3所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法，其特征在于，所述铺料系统的行走速度由铺料系统铺料口下料量和单层铺料厚度决定。

6.如权利要求1所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法，其特征在于，所述第一pass的行走路径与第二pass的行走路径的路线相同，行走方向相反，也即第一pass与第二pass为铺料系统沿工作箱工作台面的往复运行。

7.如权利要求1所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法，其特征在于，铺料系统的铺料口与工作箱工作台面等宽。

8.如权利要求1所述的增材制造设备用铺料系统运行控制方法，其特征在于，打印头的有效工作区域与工作台面等宽或一半工作台面或三分之一工作台面。